12
диэлектрической проницаемости показывает, что такая среда действительно
обладает двойной отрицательной
величиной как диэлектрической, так и
магнитными проницаемостями. Рассматривается обобщенная схема
универсального способа поиска создания метаматериалов.
Принципиальная возможность создания сверхнаправленных антенн
появилась после создания искусственных
материалов с уникальными
электрофизическими характеристиками (
(
),
(
)) – метаматериалов
(МТМ).
1- металлический стержень, 2- диэлектрический наполнитель, 3- однопроводной канала
связи
Рис.1. Структура метаматериала, элементы ячейки метаструктуры (а), элементарная
ячейка метаструктуры (б), принципиальная схема метаматериала (в), эквивалентная схема
метаматериала (г).
В настоящей работе мы в отличии от работы [1] составляем схему
элементарных ячеек (Рис.1). Схема объемная, поэтому для простоты расчетов
показана эквивалентная система только по оси Z.
В схеме на Рис.1 метаструктура создается из
кусков медной трубки
определенной длины, однопроводной кабельной линии связи, где в качестве
металлических
«стержней»
применяется
медные
цилиндрические
проводники (Рис.1.а), причем проводники расположены строго параллельно,
что опять упрощает модельные расчеты. В качестве эффективной среды
рассматриваются цилиндрические отрезки из поливинилхлорида. Поскольку
«среда» должна быть сплошная, то все
отрезки кабельной линии и
поливинилхлорида закрепляются клеем на основе силикона, у которого ε
0
д
весьма близок с ε
0
поливинилхлорида.
Рассмотрим систему в виде метаматериала состоящего из элементов
длинной линии передачи, где существует кроме
бегущих волн и обратные
волны. Следуя работе [2], мы можем связать эффективные параметры
«среды» с средними величинами электрических и магнитных полей.
Модельные расчеты производятся по следующим формулам, которые
согласуются с теорией эффективной среды [2]:
eff
D
E
,
;
2
2
0
Z
Z
eff
(1)
13
)
(
1
0
1
0
)
(
eff
eff
МТМ
МТМ
МТМ
МТМ
Z
Z
Z
.
Из этих уравнений находим
МТМ
eff
МТМ
eff
МТМ
1
1
.
(2)
Формула из работ Надер Энгета (2) [4]
замечателен тем, что как мы
показываем позволяет перенести метод эффективной среды и для систем с
распределенными параметрами (back-wave) (Рис.1).
Далее находим
eff
для метаматериала целиком
2
2
2
2
2
1
25
,
0
)
(
2
1
1
р
р
Z
eff
.
(3)
Для нашего случая при
C
Z
Z
1
.
6
)
(
находим значение
eff
2
2
2
2
2
1
25
,
0
08
.
0
1
р
р
eff
.
(4)
При
2
,
2
р
находим значение
eff
:
eff
=9,16.
Далее используя формулу (2) находим значения
МТМ
и
МТМ
1
.
6
67
.
0
МТМ
МТМ
.
Рис.2. Графики зависимостей магнитной (а) и диэлектрической (б) проницаемости от
частоты для эквивалентной схемы метаматериала (Рис.1)
На рис. 2 приведены графики теоретических расчетных зависимостей а)
магнитной проницаемости и б) диэлектрической проницаемости от частот по
формулам (2) с учетом (3).
14
Видно, что расчетные данные дают двойные
отрицательные значения
(μ<0, ε<0), что свидетельствует о возможности создания метаматериала во
всей предполагаемой области частот.
Отметим, что свойства метаматериала проявляются при воздействии
внешнего
электромагнитного
воздействия.
Поэтому,
как
правило
«метасреду» располагаем вблизи передающей антенны (в ближнем поле) с
частотой не менее 10 МГц и выше.
Список использованной литературы
Salakhitdinov AN and Mirzokulov Kh B 2019 Dynamics of systems,mechanisms and machines
Panchenko B A and Nefedov E I 1986 Microstrip antennas (Moscow: Radio i svyaz’)
Machulyansky A, Verbitskiy V, Yakimenko Y 2016 Proc. of the IEEE 36th Int. Sci. Conf.
Electronics and Nanotechnology (Kiev) p 140-43.
Engheta N and Ziolkowski R W 2006 Metamaterials: Physics and Engineering exploration
(USA: Wiley-IEEE Press)
Do'stlaringiz bilan baham: 
